淺論汽輪發電機的運行故障

劉貴亮

【摘 要】 汽輪發電機能否正常的運行有著重要的作用。本文從汽輪發電機的結構與工作原理出發，針對汽輪發電機在運行中存在的故障，提出了相應的運行故障的解決策略。該研究對優化我國汽輪發電機的運行有一定的參考作用。

【關鍵詞】 汽輪發電機 運行 故障

從我國現有的社會經濟發展來看，電能有著重要的作用。在這種社會背景下，發電機所具有的影響力也越來越大。通過發電機的應用把其他形式的能源轉換為電能，發電機通常是由水輪機、汽輪機、柴油機以及其他動力機械作為驅動，把水流、氣流、燃料或者原子核裂變所發出的能量轉變為機械能傳遞給發電機，通過發電機轉成為電能[1]。發電機雖然存在著不同的形式，但是從工作原理的層面來看，都是以電磁感應定律以及電磁力定律為基礎。本文僅對汽輪發電機的常見運行故障進行研究。

1 汽輪發電機的結構與工作原理

一般情況下，發電機是由定子、轉子、端蓋以及軸承等共同構成。其中定子又進一步由定子鐵芯以及線包繞組等構件共同組成。轉子則由轉子鐵芯繞組、護環以及轉軸等構件共同組成。發電機的定子與轉子通過軸承與端蓋進行連接組裝，讓轉子能夠在定子中進行旋轉，進而以切割磁力線運動為基礎產生出感應電勢，用接線端子來實現引出，將其連接在回路中，促使電流的出現。汽輪發電機作為和汽輪機配套的發電機，其從效率提升的角度出發，通常會做成高速的。相對來說核電站中所應用的汽輪機的轉速則相對較低[2]。一般情況下，汽輪機的轉速會超過1500轉/分，這就使得汽輪發電機本身從降低由于離心力而存在的機械應力與降低風摩耗的層面出發，汽輪發電機轉子直徑應相對來說較小，而長度則應較長，也就是說轉子應是細長。尤其是當汽輪機的轉速超過3000轉/分以上時，受材料所具有的強度的限制，汽輪發電機轉子直徑必須有嚴格的限定，即不應比1.2米長。對于汽輪發電機來說轉子的長度來說，如果本體長度超過了直徑長度的六倍時，就會導致運行中振動較大，正是從這個層面出發，大型的高速汽輪發電機所應用的轉子尺寸是有限度的。通常情況下汽輪發電機在5萬千瓦至10萬千瓦以上時采用的冷卻效果較好的氫冷或者水冷技術。伴隨著科學技術的發展，汽輪發電機的運用范圍越來越多，本文結合汽輪發電機的結構與工作原理對汽輪發電機在運行中常見的故障進行分析與研究。

2 汽輪發電機在運行中常見的故障分析

汽輪發電機在具體的運行中所存在的故障較多，同樣的故障所導致的原因也存在一定的區別。本文僅對汽輪發電機在運行中的常見故障進行分析，具體內容如下。

2.1 定子繞組常見故障分析

我國現有規模相對來說較大的汽輪發電機采用的是定子繞組的方式來用水達到冷卻的目的，轉子繞組與定子鐵芯通過氫的作用來完成冷卻[3]。受生產技術等的影響，汽輪發電機在運行的過程中受熱應力等各類因素的影響會出現定子繞組斷路等方面的問題。定子繞組常見的故障包括連接不好造成接頭損壞或者定子繞組在絕緣方面發生一定的障礙等等。

2.2 轉子繞組常見故障分析

轉子繞組常見的故障主要有對地絕緣以及匝間短路等等。導致這些問題存在的原因主要包括汽輪發電機的轉子繞組過熱所導致的絕緣損壞；冷卻器出現漏水，導電粉塵以及金屬異物等等進入到汽輪發的轉子繞組；由于制造質量方面存在問題導致的汽輪發電機存在局部的問題；汽輪發電機在運行過程中由于受熱應力以及機械應力的作用而使絕緣被破壞；水內冷的轉子繞組出現堵塞，導致局部出現溫度過高，進而出現絕緣燒損的情況等等。

2.3 負序電流燒損轉子故障分析

汽輪發電機一般是運行在三相負荷的對稱狀態。如果電力系統或者汽輪發電機本身出現不對稱方面的問題時，就會導致在三相負荷不對稱的狀態下進行短暫的運行。在電力系統存在單相接地以及兩相短路等方面問題情況下，同時在單相重合閘的動作進行中，或者是汽輪發電機的出口開關在正常與存在的情況下都無法把三相負荷進行切入或者斷開方面的操作。汽輪發電機在存在不對稱的運行狀況時，定子繞組中不僅僅有正序電流以及電壓，還存在負序、零序電流以及電壓。汽輪發電機的不對稱運行即使時間較短，也會導致發電機轉子出現燒損，嚴重的甚至造成安全事故的發生。

2.4 汽輪發電機定子鐵芯常見故障分析

汽輪發電機在運行過程中定子鐵芯方面經常發生問題主要包括鐵芯壓裝松弛、定子鐵芯齒部的局部過熱、扇形齒部折斷以及定子膛內硬物打傷鐵芯等方面的原因[4]。以鐵芯壓裝存在松弛為例，是因為硅鋼片上與漆膜干縮，在汽輪發電機存在振動的作用下硅鋼片之間存在互相摩擦，導致漆膜被損壞。氫冷的汽輪發電機密封瓦時間長漏油會導致硅鋼片絕緣被破壞，致使硅鋼片的渦流加大，發熱情況加劇。除此以外，設計時如果對鐵芯的壓緊力處理不夠，導致的定子壓圈由于鎖定螺母出現松脫也是導致故障產生的原因之一。又如定子鐵芯齒部在局部存在過熱方面的故障，主要是因為毛刺、連片以及壓裝松弛而導致的絕緣破壞等等。

2.5 發電機漏氫和氫氣濕度超標常見故障分析

導致汽輪發電機存在發電機漏氫和氫氣濕度超標方面的問題的原因是密封瓦油路出現堵塞；密封瓦與軸間間歇比較大，且密封瓦和瓦座間的間隙也大；氫氣冷卻器等等所使用密封膠條出現老化開裂以及密封瓦和端蓋的結合面存在密封膠墊方面的問題等等。

值得注意的是，汽輪發電機在運行中的故障并不止本文所分析到的常見故障，還包括其它類別的故障，如定子線圈漏水以及斷水方面的故障等等。從這個角度來說，對汽輪發電機的運行故障的處理應結合實際情況進行分析，針對分析結果采取合理的應對策略。

3 汽輪發電機在運行中常見故障應對策略

結合上文對汽輪發電機結構、工作原理以及常見故障的分析，本文提出以下汽輪發電機在運行中常見故障應對策略。

3.1 定子繞組常見故障應對策略

針對汽輪發電機在運行過程中定子繞組常見故障，可以通過優化定子繞組線棒膠化和成型工藝的方式，來提高端部漸開線與鼻部的切向以及徑向固定等等[5]。以上文提到的接頭損壞為例，可以通過改善接頭結構的方式提高焊接的質量，進而使得定子繞組端部以及鼻部能夠有較好的穩定性與牢固性，提高空心銅線檢驗水平，優化定子繞組絕緣引水管的布局等等。又如定子繞組在絕緣方面存在的故障，可以利用測量局部放電量監測和診斷定子繞組絕緣性能。

3.2 轉子繞組常見故障應對策略

針對汽輪發電機在運行過程中轉子繞組常見故障，可以通過優化轉子繞組在透風方面的構造來進行應對處理，檢查導體透風孔是否有不通暢的問題，應對光滑銅線進行打磨，確保無雜質。應針對繞組上端匝間所存在絕緣的實際出發；優化運行過程中轉子回路中消滅磁場的狀態，預防轉子繞組中所存在的絕緣部分出現威脅電壓；應對汽輪發電機繞組絕緣部分中各個配件的老化狀態進行檢查；在汽輪發電機運轉中加強維護工作，避免轉子繞組存在高溫以及震動過長等方面的問題。

3.3 負序電流燒損轉子故障應對策略

汽輪發電機所存在的負序電流燒損方面的常見故障在應對中，可以確定配置負序保護裝置的方式來處理。通過對穩態負序電流的及時監測，能夠加裝報警方面的設備，通過對斷路器質量的控制，確保操作時能夠較好的檢查斷路器三相其本身是否是全部閉合或者斷開，同時在汽輪發電機中應安裝斷路器失靈的保護裝置。在汽輪發電機的斷路器三相無法同時斷開或者閉合的情況下，應快速降低輸出功率以及勵磁電流，盡可能的降低負序電流等等。

3.4 汽輪發電機定子鐵芯常見故障應對策略

汽輪發電機在運行過程中針對定子鐵芯常見故障方面存在的問題，可以通過定期對定子鐵芯進行檢修來進行預防。針對定子鐵芯在檢修過程中存在的問題，對鐵芯進行發熱方面的試驗[6]。對檢查以及試驗過程中確定鐵芯短路點應進行及時的處理。除此以外，對汽輪發電機定轉子的結構部件的檢查工作也應該提高工作力度，如確定是否存在松動以及裂紋等方面的問題。端部的各個緊固件應采用絕緣材料或者無磁性的材料，同時還應做好鎖緊措施。在對轉子回裝中，應確保沒有雜物遺留在汽輪發電機的定子膛內，在機組使用過程中，如果出現定子一點接地的情況，應停機。

3.5 發電機漏氫和氫氣濕度超標常見故障應對策略

避免汽輪發電機出現漏氫就需要關注機殼各個結合面的處理。機座和兩側端罩間所存在的結合面的面積大，密封的難度也高，是防漏需要關注的重點。應對策略是可以在整合面應用5mm至6mm 厚的鋼板的基礎上加焊C形的密封罩。對氫氣濕度所存在超標方面的故障措施的處理方式應該是在制氫站通過氫氣濕度干燥除濕裝置的加裝，來優化氫源濕度方面的狀態。在汽輪發電機的氫系統內通過冷凝式干燥器的加裝，來實現除濕的目標。

4 結語

汽輪發電機在應用的過程中，也會受到科學技術等發展的影響，換句話說，其本身是動態的，受社會環境以及科技環境的影響，汽輪發電機本身也不是一成不變的[7]。這就決定了，汽輪發電機在運行中所存在的故障也是多元化與復雜化的，汽輪發電機在運行中應針對實際發生故障的情況，在明晰故障分析的基礎上采取合理的措施，只有這樣才能從根本上確保汽輪發電機的正常運行。

參考文獻：

[1]陳嘉峰.淺談大型汽輪發電機的非正常運行及維護[J].科技創新與應用，2014（1）：108.

[2]齊彥.汽輪發電機運行事故的檢測[J].防爆電機，2013（6）：50-51.

[3]谷偉，陳凡夫，孫偉鵬，馮庭有.1036MW汽輪發電機密封油系統運行方式分析[J].發電設備，2012（7）：299-302.

[4]呂慧聰.350MW汽輪發電機的設計和運行[J].科技創新與應用，2013（2）：67-68.

[5]李春輝.300MW汽輪發電機的運行和維護[J].中國新技術新產品，2010（1）：116.

[6]黃鳳娟.淺談汽輪發電機定子冷卻水系統的運行狀況測試及分析[J].價值工程，2011（2）：80.

[7]陳嘉峰.大型汽輪發電機組運行和檢修重點注意事項[J].科技創新與應用，2014（2）：100.